(57)【要約】【課題】本発明はコリメーションを向上させる装置並びに方法を提供する。【解決手段】バックライトは、少なくとも半透過型のディスプレイを照射するために設けられ、光源を備える。導光体は、ある端面より光を受光し、受光した光を全反射させて導光する。上記導光体は、三角くさび状の１以上の導光体表面を有する形状を有し、それにより、導光体内の垂直方向における角度範囲を縮小させる。上記構成により、取り出された光の角度性能が改善する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示装置へ光を供給する導光体であって、
第１主面と、第２主面と、当該第１主面と当該第２主面との間に設けられ、光源からの光が入射する端面と、
上記第１主面および上記第２主面に略平行に設けられ、上記導光体を通る光の名目照射方向を規定する光軸と、
上記導光体から光を取り出す光取出領域と、
上記端面と上記光取出領域との間であって、上記第１主面および上記第２主面の少なくとも一方に設けられている少なくとも１つの形状と、を有する導光体基板を備え、
上記導光体基板は、上記第１主面と上記第２主面との間で全反射により光を伝播させ、
上記少なくとも１つの形状は、当該少なくとも１つの形状への入射光ビームを屈折させて、上記光軸に対して当該入射光ビームよりも小さい角度で上記導光体内に戻し、
上記端面と上記光取出領域との間における上記導光体から出射される上記入射光ビームの光は、上記少なくとも１つの形状の第１表面において上記導光体から出射し、外部媒体中を通過し、上記少なくとも１つの形状の第２表面において上記導光体へ再入射することを特徴とする導光体。
【請求項２】
上記第１表面に達した上記入射光ビームの光は、上記導光体から出射する前に上記光軸に対して第１角度を有し、上記外部媒体に入射する際には上記光軸に対して上記第１角度より小さい第２角度を有し、上記第２表面において上記導光体に再入射する際には上記光軸に対して上記第１角度より小さい第３角度で屈折されることを特徴とする請求項１に記載の導光体。
【請求項３】
上記少なくとも１つの形状は、レンズ状の形状として形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の導光体。
【請求項４】
上記レンズ状の形状は、三角形の断面を有することを特徴とする請求項３に記載の導光体。
【請求項５】
上記三角形の断面は、直角三角形を含むことを特徴とする請求項４に記載の導光体。
【請求項６】
上記少なくとも１つの形状の上記第２表面は、上記光軸に対して垂直であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の導光体。
【請求項７】
上記少なくとも１つの形状は、上記導光体の全幅に渡ってレンズ状であることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の導光体。
【請求項８】
上記少なくとも１つの形状は、上記導光体の所定の箇所においてレンズ状であることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の導光体。
【請求項９】
上記少なくとも１つの形状は複数の形状を有し、当該複数の形状はそれぞれ形状角度を有し、上記複数の形状の形状角度は、互いに異なることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の導光体。
【請求項１０】
上記複数の形状角度は、上記端面から上記各形状までの距離に応じて変化することを特徴とする請求項９に記載の導光体。
【請求項１１】
上記三角形の断面は、非直角三角形の断面を含んでいることを特徴とする請求項４に記載の導光体。
【請求項１２】
上記少なくとも１つの形状が形成されている側と対向する側に、少なくとも１つの第２形状が形成されており、
上記少なくとも１つの第２形状は、上記端面に向かって傾斜する第１側面と、上記端面に対する角度が９０度よりも大きい第２側面と、を含むことを特徴とする請求項１１に記載の導光体。
【請求項１３】
上記導光体は、上記端面の近傍に、上記導光体から光が出射する出射点を作り出すテーパー部を有し、
上記少なくとも１つの形状は、上記導光体から出射した光が上記導光体に再入射するように、上記出射点に位置していることを特徴とする請求項１〜１２の何れか１項に記載の導光体。
【請求項１４】
上記少なくとも１つの形状は、上記導光体の上記第１主面および上記第２主面に形成された複数の形状を有し、
上記第１主面側に形成された上記複数の形状の個数は、上記第２主面側に形成された上記複数の形状の個数とは異なることを特徴とする請求項１〜１３の何れか１項に記載の導光体。
【請求項１５】
上記第１主面側に形成された上記複数の形状は、上記第２主面側に形成された上記複数の形状に対して位置がずれていることを特徴とする請求項１４記載の導光体。
【請求項１６】
上記複数の形状は、上記導光体と一体に形成されていることを特徴とする請求項１４または１５に記載の導光体。
【請求項１７】
上記複数の形状の各形状は、当該複数の形状の他の形状とは異なる寸法を有することを特徴とする請求項１４〜１６の何れか１項に記載の導光体。
【請求項１８】
上記少なくとも１つの形状は複数のレンズ状の形状を有し、当該複数のレンズ状の形状の断面は、一定であることを特徴とする請求項１〜１７の何れか１項に記載の導光体。
【請求項１９】
請求項１〜１８の何れか１項に記載の導光体を備えることを特徴とする表示装置用のバックライト。
【請求項２０】
請求項１９に記載のバックライトを備えることを特徴とする表示装置。
【請求項２１】
第１主面と、第２主面と、第１領域と、第２領域と、光軸とを備え、上記第１主面と上記第２主面との間において光が全反射され、上記第１領域が光源からの光を受光し、上記第２領域が導光体から光を取り出し、上記光軸は、上記第１主面および上記第２主面に略平行に設けられ、上記導光体を通る光の名目照射方向を規定する導光体のコリメーション改善方法であって、
上記第１領域と上記第２領域との間における上記導光体から出射される光ビームを屈折させて当該導光体内に戻す屈折ステップを含み、
上記導光体へ再入射した後の屈折光の上記光軸に対する角度が、上記導光体から出射する前に上記導光体のある面に入射する光の上記光軸に対する角度よりも小さいことを特徴とする導光体のコリメーション改善方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透過型または半透過型の空間光変調器に用いられるバックライト、そのバックライトを備えるディスプレイ、及び一般的な照明に利用可能な分配照明パネルに関する。本発明は、特に、非コリメート光源によって照明された、導光体の垂直方向における光の角度範囲を縮小させる機器及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、例えば携帯電話又はＰＤＡ機器に用いられる典型的な小型の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）モジュールの積層構造を示す。液晶ディスプレイは、背面（下側主面）に入力偏光子、前面（上側主面）に出力偏光子を備えるＬＣＤパネルであるフラットな透過型の空間光変調器（ＳＬＭ）を備える。後述するように、液晶ディスプレイモジュールのその他の部分が、概ねバックライトシステムとみなされる。光源（例えば、ＬＥＤあるいはレーザ）からの光は、導光体内へ導入され（coupled into）、全反射（ＴＩＲ）によってディスプレイの裏面全域に行き渡る。なお、導光体が散乱構造を有していなければ、光は、導光体の端面まで伝播する。導光体の内部には、複数の散乱構造が形成されている。その複数の散乱構造は、自身が形成されている導光体表面のＴＩＲ条件を壊すことにより光を取り出し、それによりＬＣＤパネルが照明される。こうして、光は、外部媒体（例えば、空気−導光体間の界面）を通ることができるようになる。このような散乱構造は、導光体の表面又は背面のどちらに形成されてもよい。導光体の長さ方向に渡って均一な光を取り出すために、光散乱構造の分布密度が、光源から距離が離れるほど増える構成としてもよい。導光体の表面及び背面の両面から光が取り出されるため、バックライトの効率を向上させるために、導光体の下方に反射フィルムが配置される。導光体とＬＣＤパネルとの間には光学フィルムも配置され、表示領域の全域に渡る照明均一性を向上させ、かつ、所定の視角範囲における輝度を向上させている。光学フィルムは、典型的には、拡散層と、バックライト中央部の輝度を向上させるプリズムフィルム（輝度向上フィルム（BEF））とから構成される。こうした構造の形態は、従来技術において周知のものであるため、ここで更なる説明は行わない。
【０００３】
光を取り出す構造(features)は、多くの形をとることができ、どの形をとるかによって、導光体における放射の角度特性（profile）を決めることができる。上記放射の角度特性は、いくつかの方法によって拡散または利用できる。例えば、コリメートされた光を出射する導光体が必要とされるバックライトでは、放射の形態は、導光体内部における光の角度範囲に極めて大きな影響を受ける。また、他に考えうる光取出構造、例えば、サブ波長構造、回折構造、又はホログラフィック構造等も、その光取出特性の品質は上記の角度範囲によって決まる。
【０００４】
他のバックライトとして、コリメートされた光ビームを生成するくさび型取り出し構造（wedge-type extraction）を有するバックライトが挙げられる。そのコリメートされた光ビームは、屈曲する方向を制御するレンズアレイに入射する。所定のレンズピッチにおいて最小曲げ半径を制限する制限要因は、導光体からの出射光の角度範囲、特に垂直方向への出射光の角度範囲である。これは、導光体内部における光の角度範囲によって決まる。
【０００５】
米国特許出願第１２／３３１，９０１号は、導光体内部の光の方向を制御する方法に関する。上記方法は、導光体内に導入される光の方向にほぼ平行に配置された複数の三角形状の形状(features)を含む。上記米国特許出願は、水平方向に導光することにより、混合領域（mixing region）を縮小し、かつ、特異形状の導光体において、より効率的に配光する導光方法を開示する。
【０００６】
国際公開第２００８／０４７２９２号（Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）には、光を両方の観視方向にコリメートして、ＬＥＤの輝度を向上させる漏斗形状のリフレクタが開示されている。そのリフレクタは、一般的な照明用途を主目的としたものであって、効果的なコリメーションを実現するためには当該リフレクタの漏斗形状を長くする必要がある。
【０００７】
国際公開第２００７／１４４８０５号(Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ)には、ＬＥＤチップに封入された、コリメーションおよび色混合に係る構成が開示されている。当該構成は、ＬＥＤの前方に配置されたレンズと、ダイクロイック膜からなる複数の三角形状の形状(features)とを備え、これらによってＬＥＤの輝度を全体的に向上させている。
【０００８】
上記の特許文献は何れも、コリメーション自体の制御というよりは、むしろ、カラーＬＥＤ間での相対的なコリメーション改善に関するものである。
【０００９】
米国特許出願公開第２００７／０１３３０９７号（Ｂｒｉｌｌｉａｎｔ Ｆｉｌｍ ＬＬＣ）明細書には、導光体から取り出された光を両方の観視方向にコリメートする、凹状でレンズタイプの屈折構造を含む一組のフィルムが開示されている。上記の設計は、導光体から取り出された光の制御に関する。
【００１０】
米国特許出願公開第２００７／００５８２５９号（Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）明細書には、ＢＥＦのような構造を有し、導光体から取り出さされた光を観視方向にコリメートする一組のフィルムが開示されている。上記の設計は、導光体から出射された光の制御に関する。
【００１１】
米国特許出願公開第２００８／００６２６８６号（Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）明細書には、光コリメーション部と、光混合部と、光整形ディフューザとを備える照明システムが開示されている。上記照明システムを構成するこれらの構成要素は、均一な光を与えるように導光体前面に取り付けられ、空間色混合領域を取り除いている。しかしながら、上記構成要素は、外部の構成要素であるため、追加の組立工程を必要とし、かつ、比較的高価である。
【００１２】
米国特許出願公開第２００８／０１１０３５８号（Ｘｉｐｅｒ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎｓ ＩＮＣ）明細書には、フレネルタイプで円柱形状の非球面レンズから構成されるコリメーションバーが開示されている。この種のシステムでは、ＬＥＤとフレネルレンズとの位置合わせが必要であり、製造がより複雑になっている。また、シートが光源から分離され、その分離が制御される必要がある。
【００１３】
米国特許出願公開第２００７／０２４７８７２号（Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）明細書には、導光体入力部に沿って水平方向に配列された一組の三角形状の構造体によって構成されたコリメーションバーが開示されている。この構成では、光は水平方向にのみコリメートされる。
【００１４】
米国特許出願公開第２００５／００７３７５６（Ｐ． Ｐｏｕｌｓｅｎ）明細書には、複数の細長い反射溝からなるアレイを備えた光コリメータが開示されている。光のコリメートは他のフィルムによって行われる。上記構造は、光の取出構造として機能するものであって、導光体の内部での、垂直方向における角度の広がりを狭めるものではない。
【発明の概要】
【００１５】
本発明はコリメーションを改善する装置および方法を提供する。本発明の第１の形態によれば、導光体は、光源から受光した光を配光する用途で設けられており、上記導光体は、空間光変調器のためのバックライト組立品の一部として形成されている。例えば、これはバックライトを利用する液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）又は他の表示装置であってもよい。バックライトユニットは、ＬＣＤに対向する面の反対側の面に設けられ、導光体と接していない反射組立品を備えてよい。上記光源は、これら２面に比べて面積の狭い上記導光体の他の面を照射してもよく、その光の大部分は、上記導光体全域で全反射されながら伝播されうる。上記導光体は、隣り合う層と光学的にほぼ接続されている層を少なくとも１つ備える。上記層の少なくとも一面または層間の界面には、組み合わされたときに上記導光体からの光を取り出す(out-couple)構造が設けられる。
【００１６】
本発明の一つの形態によれば、上記導光体には、光源（例えば、ＬＥＤ光源又は他の光源）の前方に配置された複数の形状（features）（例えば、線状形状）が形成されている。上記複数の形状は、ＬＥＤ光源から放射された光の方向に対して略直交方向に直線状に設けられている。その断面は、斜辺が光源に向かって傾斜した直角三角形の形状を含む。上記形状の断面は、上記形状の長さ方向のどの部位をとっても同一の断面であってもよく、さらに、上記導光体の上面と下面とのどちらか一方又は両方に配置されていてもよい。
【００１７】
上記複数の形状は、上記光源から離れて、上記導光体の長さ分までも延在しない少数の場合もありうる。また、上記複数の形状は、導光体の全域に亘って延在していない場合、また、上記光源に局所的に設けられている場合もありうる。
【００１８】
上記複数の形状は、光源の本来のエテンデュー（etendue）レベル近くまで導光体内における光のコリメーションを改善し、かつ、垂直方向における光の角度広がりによって決まる取出構造の機能を向上させる。上記複数の形状は上記導光体と一体形成しうるため、上記複数の形状の機能を実現するために追加の加工またはスペースは必要とならない。上記複数の形状によって上記導光体内の光量は減少するものの、コリメーションが著しく改善されるため、より高品質のバックライトが得られる。
【００１９】
本発明の他の形態によれば、上記複数の形状の寸法及び深さは互いに異なり、上記形状の個々の断面はそれぞれの形状のどの位置でも同じである。これは、後述される実施形態の何れの形態にも当てはまる。
【００２０】
本発明のさらに他の形態によれば、上記形状の三角形状の断面は直角を含まないものであってもよく、上面と下面とで非対称の構成を持つものであってもよい。これにより、コリメーション軸を導光体側面に平行なものとは異なる軸にすることができる。
【００２１】
本発明のさらに他の形態によれば、上記形状は、テーパー部による光損失を減少させるように、上記導光体のテーパー部が設けられた側から遠い側に形成されてもよい。
【００２２】
本発明の１つの形態によれば、表示装置へ光を供給する導光体であって、当該導光体は、第１主面と、第２主面と、当該第１主面と当該第２主面との間に設けられ、光源からの光が入射する端面と、上記第１主面および上記第２主面に略平行に設けられ、上記導光体を通る光の名目照射方向を規定する光軸と、上記導光体から光を取り出す光取出領域と、上記端面と上記光取出領域との間であって、上記第１主面および上記第２主面の少なくとも一方に設けられている少なくとも１つの形状と、を有する導光体基板を備え、上記導光体基板は、上記第１主面と上記第２主面との間で全反射により光を伝播させ、上記少なくとも１つの形状は、当該少なくとも１つの形状への入射光ビームを屈折させて、上記光軸に対して当該入射光ビームよりも小さい角度で上記導光体内に戻す。
【００２３】
本発明の他の形態によれば、上記導光体では、上記端面と上記光取出領域との間における上記導光体から出射される上記入射光ビームの光は、上記少なくとも１つの形状の第１表面において上記導光体から出射し、外部媒体中を通過し、上記少なくとも１つの形状の第２表面において上記導光体へ再入射する。
【００２４】
本発明の他の形態によれば、上記第１表面に達した上記入射光ビームの光は、上記導光体から出射する前に上記光軸に対して第１角度を有し、上記外部媒体に入射する際には上記光軸に対して上記第１角度より小さい第２角度を有し、上記第２表面において上記導光体に再入射する際には上記光軸に対して上記第１角度より小さい第３角度で屈折される。
【００２５】
本発明の他の形態によれば、上記導光体では、上記少なくとも１つの形状は、レンズ状の形状(line)として形成されている。
【００２６】
本発明の他の形態によれば、上記レンズ状の形状は、三角形の断面を有する。
【００２７】
本発明の他の形態によれば、上記三角形の断面は、直角三角形を含む。
【００２８】
本発明の他の形態によれば、上記少なくとも１つの形状の上記第２表面は、上記光軸に対して垂直である。
【００２９】
本発明の他の形態によれば、上記少なくとも１つの形状は、上記導光体の全幅に渡ってレンズ状である。
【００３０】
本発明の他の形態によれば、上記少なくとも１つの形状は、上記導光体の所定の箇所においてレンズ状である。
【００３１】
本発明の他の形態によれば、上記少なくとも１つの形状は複数の形状を有し、当該複数の形状はそれぞれ形状角度を有し、上記複数の形状の形状角度は、互いに異なる。
【００３２】
本発明の他の形態によれば、上記複数の形状角度は、上記端面から上記各形状までの距離に応じて変化する。
【００３３】
本発明の他の形態によれば、上記三角形の断面は、非直角三角形の断面を含んでいる。
【００３４】
本発明の他の形態によれば、上記少なくとも１つの形状が形成されている側と対向する側に、少なくとも１つの第２形状が形成されており、上記少なくとも１つの第２形状は、上記端面に向かって傾斜する第１側面と、上記端面に対する角度が９０度よりも大きい第２側面と、を含む。
【００３５】
本発明の他の形態によれば、上記導光体は、上記端面の近傍に、上記導光体から光が出射する出射点を作り出すテーパー部を有し、上記少なくとも１つの形状は、上記導光体から出射された光を再入射(re-couple)させて上記導光体内に戻すように、上記出射点に位置している。
【００３６】
本発明の他の形態によれば、上記少なくとも１つの形状は、上記導光体の上記第１主面および上記第２主面に形成された複数の形状を有し、上記第１主面側に形成された上記複数の形状の個数は、上記第２主面側に形成された上記複数の形状の個数とは異なる。
【００３７】
本発明の他の形態によれば、上記第１主面側に形成された上記複数の形状は、上記第２主面側に形成された上記複数の形状に対して位置がずれている。
【００３８】
本発明の他の形態によれば、上記複数の形状は、上記導光体と一体に形成されている。
【００３９】
本発明の他の形態によれば、上記複数の形状の各形状は、当該複数の形状の他の形状とは異なる寸法を有する。
【００４０】
本発明の他の形態によれば、上記少なくとも１つの形状は複数のレンズ状の形状を有し、当該複数のレンズ状の形状の断面は、一定である。
【００４１】
本発明の他の形態によれば、バックライトは、本発明の上記形態に係る導光体を備える。
【００４２】
本発明の他の形態によれば、表示装置は、上記バックライトを備える。
【００４３】
本発明の他の形態によれば、第１主面と、第２主面と、第１領域と、第２領域と、光軸とを備え、上記第１主面と上記第２主面との間において光が全反射され、上記第１領域が光源からの光を受光し、上記第２領域が導光体から光を取り出し、上記光軸は、上記第１主面および上記第２主面に略平行に設けられ、上記導光体を通る光の名目照射方向を規定する導光体のコリメーション改善方法は、上記第１領域と上記第２領域との間における上記導光体から出射される光ビームを屈折させて当該導光体内に戻す屈折ステップを含み、上記導光体へ再入射した後の屈折光の上記光軸に対する角度が、上記導光体から出射する前に上記導光体のある面に入射する光の上記光軸に対する角度よりも小さい。
【００４４】
本発明の他の形態によれば、上記導光体は、上記第１領域と上記第２領域との間に設けられた少なくとも１つの形状を含み、上記屈折ステップは、上記入射光ビームの光が、上記少なくとも１つの形状の第１表面において上記導光体から出射し、外部媒体中を通過し、上記少なくとも１つの形状の第２表面において上記導光体へ再入射するステップを含む。
【００４５】
本発明の他の形態によれば、上記屈折ステップは、さらに、上記入射光ビームの光が、上記導光体から出射する前に、上記光軸に対して第１角度で第１表面に入射し、上記外部媒体に入射する際には上記光軸に対して上記第１角度より小さい第２角度を有し、上記第２表面において上記導光体に再入射する際には上記光軸に対して上記第１角度より小さい第３角度で屈折されるステップを含む。
【００４６】
本発明の他の形態によれば、上記方法は、三角形の断面を有する少なくとも１つの形状を使用することを含む。
【００４７】
本発明の他の様態によると、上記方法は、上記三角形の断面が非直角三角形の断面を含む上記少なくとも１つの形状を使用することを含む。
【００４８】
本発明の他の形態によれば、上記方法は、上記導光体の全幅に渡ってレンズ状である上記少なくとも１つの形状を使用することを含む。
【００４９】
本発明の他の形態によれば、上記方法は、上記導光体の所定の箇所においてレンズ状である上記少なくとも１つの形状を使用することを含む。
【００５０】
本発明の他の形態によれば、上記導光体は、上記第１領域に、上記導光体から光が出射する光出射点を作り出すテーパー部を有し、上記方法は、さらに、上記光出射点から出射された光を上記導光体に再入射させるステップを含む。
【００５１】
本発明の他の形態によれば、上記再入射させるステップは、上記光出射点において上記少なくとも１つの形状を使用することことを含む。
【００５２】
本発明の他の形態によれば、上記方法は、上記導光体の少なくとも２つの異なる表面における複数の形状を使用するステップを含み、上記少なくとも２つの異なる表面の第１表面における複数の形状の個数は、上記少なくとも２つの異なる表面の第２表面における複数の形状の個数とは異なる。
【００５３】
本発明の他の形態によれば、上記方法は、上記導光体の少なくとも２つの異なる表面における複数の形状を使用するステップを含み、上記第１表面および上記第２表面の形状は互いに位置がずれている。
【００５４】
上記課題及び関連課題を解決するために、本発明は、以下に詳細に示され、特に請求の範囲において挙げられる特徴を備える。発明の詳細な説明においてなされた説明および添付図面は、本発明の実施形態を詳細に説明するものである。そして、これらの実施形態は、あくまでも、本発明の本質的特徴点が実施される種々の形態のうちの一部の形態を示すものである。本発明の他の目的、特徴、および優れた点は、添付図面を参照した次の説明によって明白になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】従来のバックライトを示す図である。
【図２】本発明に係る装置の一例を示す概略図である。
【図３】図３に示す装置が備える回折層の細部を示す図である。
【図４ａ】導光体内のエネルギーの損失をストライプ数の変化に応じて示す図である。
【図４ｂ】コリメーションの増加量（半値全幅の縮小度）をストライプ数の変化に応じて示す図である。
【図４ｃ】導光体内の軸上の輝度の上昇をストライプ数の変化に応じて示す図である。
【図５】本発明に係る、異なる断面を有する他の装置例を示す図である。
【図６】本発明に係る、非対称な断面を有する他の装置例を示す図である。
【図７ａ】従来の装置におけるテーパーに起因するロスを示す図である。
【図７ｂ】本発明に係る、テーパーロスが抑制された他の装置例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
本発明を図面に基づいて詳細に説明する。明細書を通して、同様の部材には同様の参照番号を用いる。
【００５７】
図１に従来の小領域液晶ディスプレイを示す。上記液晶ディスプレイは、液晶表示パネル１とバックライトユニット２とを含み、白色光源３は、薄型の導光体４の端面に光が入射するように配置されている。白色光源３は、蛍光管、リン光体を有するＬＥＤ、ＲＧＢのＬＥＤ群、レーザー、又は他の光源を用いることができる。導光体４は、入射光を全反射（ＴＩＲ）１４させ、ディスプレイの全領域に光が到達するように設計されている。導光体４の側面のうち、より大きな側面の光源の近傍にテーパー１６を設けることにより、導光体４が薄型の導光体となるように構成されてもよい。導光体４の面のうち、より大きな面の少なくとも一方に、上記導光体内の全反射１４を壊して入射光１３を上記導光体から出射させる形状６が設けられている。なお、形状６を設ける面としては上記導光体の表面、背面（図示）、又はその両面が挙げられる。通常、上記導光体からの出射光が上記ディスプレイに対して有する角度―輝度特性は適当でないため、４つの追加層と、強拡散体７と、互いに交差するよう垂直方向に配置された２つの輝度向上フィルム８・９と、弱拡散体１０とを設けて、適切な角度分布が得られるようにする。多くの場合、輝度向上フィルム８の上方に配置される輝度向上フィルム９には、弱拡散体１０が含まれる。追加層１１には偏光変換フィルムを使用することができる。上記偏光変換フィルムは、通常、一方の偏光成分を反射して他方の反射成分を透過することによって効率を高める干渉薄膜である。追加層１１の上方には層１２が設けられ、その層１２としては、例えば、ＬＣＤの下方偏光子が挙げられる。
【００５８】
図２に示すように、本発明に係る装置の好ましい形態は、導光体２０を備える。導光体２０は、後述の点を除き、従来の導光体４と同様のものである。なお、図２に示す構成と図１に示す構成とでは、導光体のみが異なり、バックライトの他の特徴点は同じである。
【００５９】
導光体２０は、光源３（例えば、レーザー光源あるいは蛍光管光源）に照射される。光源３から放射された光の大部分は、導光体２０に入射する。導光体２０にテーパー１６を設けてもよいが、この構成自体が本発明の主要点ではない。さらに、導光体２０は、導光体２０から光を均一に取り出す（out-couple）取出形状６を（例えば、導光体２０の光取出領域に）設けている。
【００６０】
導光体２０は、上記光源と光取出点との間に、斜め方向に切り込みが入った（cut-away）一組の形状２１を有する。形状２１は、各々が一定の断面形状を有するレンズ状の形状２８を１つ以上有する。レンズ状の形状２８は、導光体２０の主面と平行な導光体２０の光軸２４とほぼ直交する“列”となるように配列されている。局所的に見た場合、光軸２４の方向は光方向の平均を取った方向によって決定されるが、この光方向の平均を取った方向は必ずしも導光体２０の主面と平行ではない。上記形状の断面は、ほぼ直角をなす角を持つ三角形の形を含み、導光体２０の一方の表面は、上記ほぼ直角をなす角の一側面である。上記三角形の斜辺２２は光源３に対向している。形状２１の垂直辺（又は垂直面）３６は、光源３からの光の名目方向２４（光軸／主軸２４）（nominal direction）に対してほぼ垂直である。
【００６１】
形状２１は、導光体２０の１つ以上の面に設けられてもよい。また、形状２１は、ぞれぞれの面に設けられる個数が異なってもよく、かつ、互いの位置がずれていてもよい。形状２１は、光源３に近接して設けられてもよい。しかしながら、形状２１は、導光体２０の何れの位置に設けられてもよい。形状２１は、導光体２０の幅方向全域にわたってレンズ状の形状を有していなくてもよく、特定の位置に限定して設けられてもよい。形状２１は、導光体の鋳型で形成されてもよく、これにより多大な追加コストを要せずに製造されうる。
【００６２】
引き続き図２を参照して、導光体２０の内部における光の照明が２つの軸によって示されており、一方の軸は、名目照明方向２４（光軸／主軸）に沿い、他方の軸は、導光体２３の最も大きな面に垂直な方向（垂直方向）に沿う。導光対２０内部における光の照明は、これらの方向に対する極座標２５において示される。
【００６３】
形状２１は、光軸２４に対する光の角度広がりを縮小させる役割を有し、そのことが楕円極座標２６に示されている。垂直方向２３における光の角度範囲が狭まることにより、角度広がりが重要な要素である形状２１の光取出性能が向上しうる。
【００６４】
上記形状の働きを図３に示す。光軸２４に対して特定の角度を有する入射光３０は、傾斜側面２２によって屈折し、その後、垂直な側面３６によって再び屈折する。これにより、入射光３０は、光軸２４に対してより小さい角度を有する光線３２となる（例えば、入射光３０と比較して、光線３２は、光軸２４に対してより平行に近い）。これは、光が空気中を伝播する傾斜側面３３の法線が光軸２４に対して大きな角度を有することから、出現光が光軸２４に対して小さな角度で屈折するためである。そして、垂直側面３６は、光軸２４に対してほぼ垂直な法線３４を有し、これにより、ガラス（glass）に戻る入射光は、依然として小さな角度で上記導光体へ方向付けされて戻ってくる。
【００６５】
光軸２４に対して既に小さな角度にある光線は、傾斜側面２２によって全反射される。しかし、特定の状況では、このような光線は損失し、それにより効率が低下する。こうした光線の損失を最小限にするために、光軸外への照明量が多く（すなわち、多くの光が光軸２４に対して大きな角度を有する）、そして、好ましくは光軸上への照明量が少ない（すなわち、光軸２４方向への光量が少ない）光源であるＬＥＤ光源３を本発明の導光体に使用しうる。
【００６６】
導光体２０内部における光の損失は、入射光３０又は光線３２が傾斜側面２２に到達し、全反射されるときに生じる。この場合、入射光３０又は光線３２は光軸２４に対して大きな角度を有するが、形状２１によって再入射されうる。それゆえ、形状２１の個数と形状のピーク角３５とはトレードオフの関係にある。しかしながら、そうした光の損失にも関わらず、システム全体の性能を向上させることが可能である。
【００６７】
例えば、図４ａ、図４ｂ、図４ｃには、ポリカーボネイト製の導光体２０における、同一の形状２１及び典型的なＬＥＤ照明（屈折率１．５８５）に対する特定のモデルケースが示されている。上部角度３５は７５度であり、両面に形成された形状２１は、ピッチが５０μｍ、高さが１１μｍである。図４ａは、導光体２０内部における総エネルギーをレンズ状の形状の個数に応じて示している。図４ｂは、コリメーションの改善が半値全幅の縮小によって示されている。図４ｃは、光軸２４に沿った放射照度の改善が示されている。
【００６８】
１０個のレンズ状形状の場合、角度広がりは２．１３分の一となり、軸上の放射照度は１１％上昇し、総エネルギーは２０％減となる。これにより、導光体２０の再入射されたコリメーションは、２．１３×１．１１×０．８＝１．８９倍改善する。
【００６９】
なお、本発明は上述の数値に限定されることなく、好適な実施形態に記載の一般的概念に沿って解釈される。
【００７０】
図５は、本発明に係る他の装置例を示す。導光体５０は、異なる一組の形状５１を含む。これらの形状５１は、１つ以上のレンズ状形状５２を含む。ここで、各系統における断面形状は同一であるが、異なる系統の形状の角度５５は互いに異なる。当該構成は、同一の形状が続くレンズ状の形状５３を下面に有してもよく、あるいは、光軸２４の方向に沿って互いに位置がずれた、異なる構成であってもよい。角度５５は、光軸２４方向における光源３からの距離が離れるにつれて大きくなるように構成されてもよい。これにより、先に挙げたものと同じ基準で示されるコリメートされた光線５４が得られ、導光体内の損失が抑えられる。
【００７１】
図６は、本発明に係るさらに他の装置例を示す。導光体６０は、１つ以上の一組の形状６１ａとともに示されている。ここで、上面の形状は、レンズ状の形状を含む。そのレンズ状の形状は、同じ断面を有するものの、形状６１ａの断面形状は非直角三角形である。長い方の傾斜側面６２ａは、依然として光源３に向かっているものの、短い方の側面６２ｂは、光軸２４に対する傾きが９０度ではない。この効果として、光は、光軸２４から離れた、下方に角度付けされた新しい方向６５に向かうという効果を得ることができる。
【００７２】
本実施形態では、さらに下面に形状６１ｂが形成されている。光源３に向かう傾斜側面６３ａ（例えば第１側面）は、ある角度をもって、端面６２ｂ（第２側面は、９０度よりも大きな傾きを有する上記端面に対してある角度を有する）に対してほぼ平行な第２側面６３ｂを有する。しかしながら、傾斜側面６３ａの長さは、対向する側面６２ａの長さとは異なる。一方、側面６２ｂおよび側面６３ｂは、互いの長さが同じであるかもしれないが、側面６２ａと側面６２ｂとで形成される三角形の内角と、側面６３ａと側面６３ｂとで形成される三角形の内角とは互いに異なる。したがって、底面に形成された形状は、上面に形成された形状とは異なる寸法を有しうる。
【００７３】
これにより、光は、下方を向く方向６５に方向付けされる。上面に形成された形状６１ａと下面に形成された形状６１ｂとを逆にすることで、光は上向きに方向付けされる。また、形状６１ａおよび形状６１ｂは、この新しい方向に沿ってコリメーションを改善する。また、形状６１ａおよび形状６１ｂは、光軸方向２４に沿った位置に応じてその寸法を小さくしてもよい。
【００７４】
図７ａは、小型バックライトにおける大部分の導光体４と一体化されたテーパー１６に特有の問題を示す。テーパー１６によって、導光体４の上方に付加的なフィルムを設けるスペース、及び、導光体４の厚さに基づいて要求されるよりも大きな光源を設けるスペースが生まれる。しかしながら、テーパー１６を設けることにより光の損失が生じるという問題がある。すなわち、入射光３０が傾斜面７１において全反射されるため、もはや光は内部入射（in-couple）されず取り出されてしまう（７０）。
【００７５】
図７ｂに進み、本発明の他の実施形態に係る導光体７２を示す。導光体７２は、テーパー１６を有する。導光体７２は、上記形状を有する１つ以上の形状７３を有し、それにより、テーパーによって損失した光が再入射されて導光体７２に戻る。これは、上記テーパーのすぐ後ろの、上記導光体から光が出射するポイントに形状を配置することにより実現する。１つ以上の形状７３は、下面（図示せず）に１つ以上の同様の形状を有してもよい。
【００７６】
発明の詳細な説明の項においてなされた具体的な実施形態または実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の精神と次に記載する請求の範囲内において、種々変更して実施することが可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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